TWM271255U - High-power surface-mounted light-emitting diode with high heat dissipation property - Google Patents

Description

M271255 四、創作說明（1) 【新型所屬之技術領域】 本創作係有關於一種具高散熱性之高功率表面黏著型 發光二極體，其係尤指一種導電、熱結構分離之發光二極 體’其係揭示使於表面黏著型發光二極體組裝時，對外之 電路連接及散熱結合可在上下不同方向之完全電、熱分離 之結構。 【先前技術】 按’發光二極體（Light Emitting Diode; LED)是半 導體材料製成的元件，也是一種微細的固態光源，可將電 能轉換為光，不但體積小，且壽命長、驅動電壓低、反應 速率快、耐震性特佳，能夠配合各種應用設備的輕、薄及 小型化之需求’早已成為曰常生活中十分普及的產品。 LED的種類繁多，依發光波長大致分為可見光與不可 ^，兩類。可見光led又以亮度1燭光（cd)作為一般LED和 问焭度LED之分界點，前者廣泛應用於各種室内顯示用 途，後者則適合於戶外顯*，如汽車第三煞車燈、戶 板：⑲著發光二極體晶片製作技術的、 體光效率與曰遽增，時較大尺寸的 I先一極體日日片生產也日趨成熟。 沒 口 顆高功率發光二極體晶粒所能產 2 机、電^，單 流明甚至上百流明，因而近幾年來發:1光率已可達數拾 視為可取代白熾燈泡的新式昭 ^先一極體已被國内外 不積極開發可產生高流明：出、的月:學、研莫 及燈具設計。 X九一極體晶片、封裝以

M271255 四、創作說明（2) 但咼功率發光二極體 的熱量也同步增加，如何有：：：：電流的增加，所產生 發光效率及可靠度，成為高功；發光二極體的 I很重要的課題。 尤—極體封裝及應用上 為了解決高功率發光二極 極體晶片黏著在尺寸大於傳統支；’將發光二 上成為明顯的趨勢。高功率 =且導熱性佳的金屬塊座

Lumileds公司於2〇〇1年2月^ :虽體領導廠商之一美國 碼US65 902352』揭示，將m青的美國專利『公告號 導熱佳的金層座上端，#以以體晶“著在一 常操作電流下（例如35〇mA)迷放毛光二極體晶片在正 二極體封裝件實際尺寸小型化^ ^•的高熱。受限於發光 表面積仍然有限，分散熱量該金屬座的體積及 其金屬座與另一更大 不足，實際使用時必須將 強有效散熱能力，才Afc , τ ^金屬散熱器結合，藉以增 長時間使用。然而，該 ^彳木作電流下（例如350mA) 與金屬座結合外部#孰I /、的發光二極體電路連結方向 1冲政熱器的方向η ^ 負極導通形成短路，所 "’為了避免電路上正 —層電性絕緣層以供發弁二°卩散熱器的上層表面必須有 性絕緣層的存在不僅降體正負極的電路連結，該電 組裝上要同時處理電路採 傳導月匕力，同“成 結合的高困難度作業。錫1干結合而散熱器採用非錫鲜

Gorg B〇gnes Lappersd〇rf 等人於 2〇〇3年 1〇月 1〇日所 口月的美國專利（公告號碼US20 04/ 0 0 75 1 0 0A1)，揭示類 M271255 創作說明（3) 似的高功率發光二極體封裝設計’其散熱金屬基座社入 部夂tL A # @ Μ ^々一 ....... ° ^ ........，必戌結合外 際 散熱器的方向與其電路正負極對外連結的方向相同，每 應用上會有前述的散熱不良效果及組裝上的困難。’貫 於2 0 0 1年6月1 3日台灣光寶電子公司所申請之台产 利公告號碼第488557號，其所揭示之低埶阻之發光寻 結構，請參閱第一 Α圖，其係為習知技之低‘阻體 極體之結構不意圖’如圖所示’一種低熱阻發光二 裝結構，包括：一低熱阻發光二極體，其設有一散埶杯封 10’’散熱板10’上有一發光晶片12，，發光晶片12，^ 極接墊係與一印刷電路板13,相連結，且形成一正負 14’ ； 一散熱基座3’，係與低熱阻發光二極體之=Θ :°，相連結；及一電路基板2，，係與低熱阻發光二極Ϊ之 印刷電路板13’相連結·，藉此，降低 和體之 至空氣中熱阻，而提高發光二極體效X能。曰曰 妾面溫度 電路構：ϊ連接係為印刷電路板13,向上與 冤路基板2相連接，政熱的部分 之散熱板10,向下與散熱基座3,社匕以务光_晶片所連接 散熱之機制雖採用不同方向結八。〇 ，其所揭示之電性與 散熱板基座之間沒有壓合盔=二’、但缺點是散熱板1〇,與 效果大打折扣。該案另外；“，緊=結合，以致散熱 鎖緊上下兩片印刷電路板，雖^如第一 Β圖）利用螺絲 座的目的，但因上層印刷電路1 '到壓合散熱板及散熱基 質，經兩側螺絲鎖緊後，必然|屬剛性不強的易變形物 負極與印刷電路板間的細小金生翹曲，造成連結晶片正 、、'、(該金線一般線徑為

M271255 四、創作說明（4) —--- 0· 0 3mm)斷裂或損壞，嚴重影響該發光二極體的可靠信賴 度。 ° 因此’如何針對上述問題而提出一種新穎具高散埶性 之表面黏著型發光二極體，不僅可改善傳統表面黏著型發 光二極體結構不易散熱之缺點，又可使電、熱分離，長久 以來一直疋使用者殷切盼望及本創作人念茲在茲者，而本 創作人基於多年從事於發光二極體相關產品之研究、開 ，、及銷售實務經驗，乃思及改良之意念，經多方研究設 计、專題探討，終於研究出一種具高散熱性之表面黏著塑 發光二極體改良，可解決上述之問題。 【新型内 本創 黏著型發 座，該基 具有一凹 者。該基 的通孔， 置，例如 力"散熱膏 敦能散熱 為達 種表面黏 容】 作之主要目 光一極體， 座之中央部 槽’該凹槽 座底部包含 也可以是具 :螺絲，與 塗佈在接合 之為用者。 上述所指稱 著型發光二 的，在於提供一種具高散熱性之表面 其係利用一體成形高導熱材質之基 係具有一柱狀體，該柱狀體之頂部係 係為容置該發光二極體晶片之為用 至少一連接孔，該連接孔可以是貫穿 有螺紋未貫穿的盲孔。藉由一鎖固裝 外部之一散熱器，例如··散熱塊，外 面，緊始、鎖緊，透過此種結構可達高 之各目的及其功效，本創作係揭示/ 極體之結構，其係揭示使用高導熱材 有孔洞的電路延伸裝置結合而成，該 質的一基座及一中間

M271255 四、創作說明（5) 基座底部包含至少一連接孔，該連接孔可以是4办 I孔，也可以是具有螺紋未貫穿的盲孔，藉與外二=二二軌 器結合。該基座中央部穿過該電路延伸裳置之中卩 ^ |藉耐高溫樹脂結合成一體。該基座之中央部係呈g 2 2 體，該柱狀體之頂部係具有一凹槽，呈中 /、丫邊基座盘玲知此 體係為一體成型者，該凹槽係置放一或多個發光^極 片，该發光二極體晶片係透過晶片上的正負 ^ 位於該基座上方之電路延伸裝置做一電性連接，點^二 路延伸裝置上的銅箔電路或金屬導架與外部電路漭^该= ，該發光二極體晶片係直接與該電路延伸装置做ϋ連 |表面黏著型發光二極體係為一電、熱分離之结構^。以 |都是透 -散熱 |部散熱 熱效果 著型發 首 方式】 為使 貴審 更進一步之 之說明，說 於習知技術 過同一元件 元件做一連 板兩著之間 降低，故， 光一極體之 先’請參閱 查委員 瞭解與 明如後 之表面 ’或者 接，且 的結合 本創作 結構， 第二圖 對本創作之結構特徵及所達成之 認識，謹佐以較佳之實施例及配 黏著型發光二極體之電性與散熱 其散熱機制是先透過電路板再與 ’發光^一極體晶片之承接座與外 未能有足夠壓力存在，促使其散 係提出一具高散熱功效的表面黏 以解決習知技術之各缺點。 至苐五圖’其係為本創作之一較 第ίο頁 M271255 四、創作說明（6) 佳貫施例之發光二極體之製造過程之結構透視示意圖；如 圖二A(側視圖）及二b(上視圖）所示，本創作之表面黏 著型發光二極體係包含一基座1〇，該基座1〇係一高導熱材 料’可選自金’銅，銘，銀，石墨或其合金或複合物，該 基座1 G之巾央。卩係具有—柱狀體1 2，該柱狀體丨2之頂部係 具有一凹槽！4’其中該凹槽14係為容置發光二極體晶片2〇 之為用者，該基座10的底部兩側各有一貫穿的連接孔… 及15b。圖三所示為一電路延伸裝置3〇，於本創作係以一 印刷電路板（即俗稱的PCB) <故—說日月，其中該印刷電路 板有一中央孔洞31，其上層表面含有連接發光二極體晶片 正負極用的連接墊3 2及34’以及提供連接外部電路用的連 接墊36及38，兩者之間有銅落電路連接。兩侧各有一凹槽 35a及3 5b ’提供貫際應用時結合外部散熱器的鎖螺絲空 間。接者，於該基座1 0之上方組合該電路延伸裝置之印刷 電路板30。該基座10之中央部柱狀體12自該印刷電路板下 方穿過該印刷電路板之中央孔洞31，#第四圖所示。該基 座10與印刷電路板30之間係用可耐高溫的膠黏合。該電路 板30係提供兩個電性接點32、34,使該發光二極體晶片2〇 的正負電極（未顯示）透過打金線或鋁線2 2、2 4以進行電 性連接，接者，再於該電路板3 0之上方置放一集光杯4〇， 並於杯内充填適量的環氧樹脂或矽膠用以保護該發光二極 體晶片並收集該發光二極體晶片所產生的光，如第五圖所 示。該集光杯可以是金屬或塑膠射出成型。 故’本創作之表面黏著型發光二極體1之電性連接由

M271255 創作說明（7) ----~——— 電路延伸裝置主導，& #勒士盆产，心、，. 一雷、埶八餘夕α 而政熱由基座1 〇主導。本創作係提供 life ^ : ^ Λ、、、σ構，電性連接的部分係直接與電路板相 I接，其有別於習：枯=:極？晶片直接與基座連 的散熱基座與外部丄ί之連接與散熱在於本創作 '以螺絲鎖緊達到緊;:：接：：古可利用基座上的連接孔 的。 緊m尨合，而此有效提升散熱效果的目 請參閱第六圖，其係為本創 I例，基座結合外部，献““厂貝際應用上的一實施 了本創作實施例一;透=圖’·⑹圖所示除 |之散熱塊50，結合義座進—步包含有一外部 71a、71b，以及外熱塊5。用的螺絲 基座1 0的兩侧連接孔i 5 外部之散熱塊在對應 文俊札1 5 a、1 5 b的位置上，氆古；加加 …、训以供結合螺絲71a、71嶋上。為鑽增有加兩二螺广絲: 的有效接觸面積，可在外部之散熱塊5〇的上層表面土 f 10 散熱膏（未顯示），藉由螺絲71a、72b的鎖〖，右+佈 基座i。與散熱塊50之間的熱傳導效果。電二=增進 透過電路延伸裝置3。上的對外連接墊以、⑽，=貝:是 之電路板80上的連接墊81、82,以錫銲接和^ 2外部 通目的。外部電路板80上需事先加工一孔!：路連 |創作發光二極體的出光。 以避開本 又，請參閱第七圖至第九圖，其係為本 佳實施例之電路延伸裝置結構透視示意圖；如2另—較 創作係採用一塑膠包覆金屬導線架的一種電路延伸Z置本

第12頁 M271255 四、創作說明（8) 該塑膠體為中空藉以容納基座，其中金屬導線架係包含兩 個電性接腳93a、93b以提供與發光二極體晶片正負極及外 部電路接合用。再者，請參閱第八A圖（上視圖）以及第 八B圖（側視圖）’其係為本創作之另一較佳實施例之基 座組合該塑膠包覆支架之上視圖以及側視圖。基座與塑膠 包覆支架的結合是採用耐高溫的樹脂。如圖所示，該發光 二極體晶片20透過打線22、24與該金屬支架93a、93b做一 電線連接，其中該金屬支架93a、93b之方向係與該基座 之連接孔1 5 a、1 5 b互相錯開。在發光二極體晶片2 〇與塑膠 包覆支架9 1之間填充環氧樹脂或矽膠，藉以保護發光二極 體晶片及增加發光效果。請一併參閱第九圖，其係為本創 作之另一較佳實施例之應用上的組裝示意圖；如圖所示， 將該基座1 0與該塑膠包覆金屬導線架9 1使用黏膠做一連接 後’使用鎖固元件7 1 a、7 1 b而使得該表面黏著型發光二極 體基座1 0可強制與一外部之散熱塊5 0做一連接，至於與外 部電路（未顯示）的連接，可利用金屬導線架的電性接腳 9 3a、93b連接。透過此種結構，更可說明本創作之技術特 徵’本創作所說明的電、熱分離，其係為連接電性之方向 與散熱的方向不同’且電性與散熱所透過的元件並沒有重 疊使用，故可造成更好的散熱效果。 本創作用以結合外部散熱塊的基座底部連接孔，可 以是如前例所示的貫穿孔，也可以是具有螺紋未貫穿的盲 孔。圖十所示，為本創作之另一較佳實施例之基座丨〇結構 透視示意圖；其中基座底部連接孔由兩側各一的貫穿通孔

第13頁 M271255 四、創作說明（9) _ 改變成在基座中央柱狀體12的底部鑽有具螺紋 該基座與塑膠包覆金屬導線架91結合後，連=目孔16, 5 0的組合圖如圖+ % 。盆由从如# 4散熱塊 孔54’利用一鎖固螺絲72結合該基座 ^牙、 W藉由該鎖固螺絲與該基座底部盲孔^卜;散熱塊 该基座1 G與該外部散熱塊5()可被強達到=緊配’ 的功能。 1 7 運到有效散熱 本創作所示用發光二極體晶片不受限於一 疋夕數個晶片同時使用，只要電路延 及線路隨晶片數增加即可。 裝置上的連接墊 供產，本創作係實為一具有新難、進步性及可 =業^用纟，應#合我國專利法所規定之專利件 利，至感為禱。 祈鈞局早日賜准專 非用Ϊ ^上所述者’僅為本創作之—較佳實施例而已，並 :所述之形狀、構·、特徵及精神所為之^:^耗 飾’均應包括於本創作之申請專利範圍内。 一

M271255 圖式簡單說明 【圖示簡單說明】 體之結 第一 A圖：其係為習知技術之表面黏著型發光 構不意圖； 第—B圖:/上為Λ—習知技術之表面黏著型發光二極體 之結構不意圖； 第三圖 第四圖 第五圖 第六圖 第七圖 第八Α圖 第八B圖 第九圖 第十圖 第二A圖至係為本創作之—較佳實施例之發光 一極體之基座之結構示意圖； 其係為本創作之一較佳實施例之電路延伸裝置之 俯視圖； ί = 較佳實施例之電路延伸裝置結 口暴厓之結構透視圖； ϊ 一較佳實施例之電路延伸震置組 口木先杯之結構透試圖； 其，為本創作之一較佳實施例之高散埶 黏著型發光二極體之透視圖； …、 又 其係為本創作之另一較佳實施例 導線架之結構示意圖； 2膠包覆金屬 八係為本創作之另一較佳實施例 ，勝包覆金屬導線“俯視圖；土座連接該 其係為本創你4 ρ 塑膠包覆金屬導線；m:例之基座連接該 其係為本創作之：：之透視圖，以及 面黏著型發光^體=實施例之高散熱性之表 極體之 其係為本創作：；體；； 力 季乂佳貫施例之發光 Η --— 第15頁· M271255 圖式簡單說明 基座之結構不意圖； 第十一圖：其係為本創作之另一較佳實施例之高散熱性之 表面黏著型發光二極體之透視圖。 【主要元件符號說明】 1 ’表面黏著型發光二極體 2 ’電路基板 3 ’散熱基板 1 0 ’散熱板 1 2發光晶片 1 3’印刷電路板 14’保護層 1 表面黏著型發光二極體 10基座 1 2柱狀體 1 4凹槽 1 5 a連接孔 1 5 b連接孔 1 6 連接盲孔 2 0橫式電極之發光二極體晶片 22打線 24打線 3 0電路板 3 1中央孔洞

第16頁 M271255 圖式簡單說明 32 電性接點 34 電性接點 3 5a 通孔 35b 通孑(j 36 連接墊 38 連接墊 40 集光杯 50 外部之散熱塊 51a 螺絲孔 51b 螺絲孑L 52 上層表面 54 通孑L 71a 螺絲 71b 螺絲 72 螺絲 8 0外部之電路板 81連接墊 82連接墊 91塑膠包覆金屬導線架 9 3 a電性接腳 9 3 b電性接腳

第17頁

Claims (1)

1. M271255 五、申請專利範圍 6 ·如申明專利範圍第1項所述之表面黏著型發光二極體， 其中j電路延伸裝置係可為塑膠包覆的金屬導線架。 7·如申請專利範圍第1項所述之表面黏著型發光二極體， 其中該電路延伸裝置可進一步包含一集光杯，該集光杯 係位於該電路延伸裝置之上方。 8 ·如申μ專利範圍弟1項所述之表面黏著型發光二極體， 其中該基座的高導熱材質係可為金、銀、銅、鋁、石墨 戒其合金或複合物。 9· /種具高散熱性之表面黏著型發光二極體，其主要結構 係包括： /基座’該基座之中央部係具有一柱狀體，該柱狀體 之頂部係具有一凹槽，該基座底部具有至少一個連接 孔其中该基座與該柱狀體係為一體成型者； ，個或多個發光二極體晶片’其係置放於該基座之凹 槽内； 〆中空的塑膠包覆金屬導線架，其係具有至少一對之 疋負電性接點及延伸兩側的電性接腳，該塑膠包覆金 屬導線架係位於該基座之上方，兩者以耐高溫膠結 合； … 其中，該發光二極體晶片利用金線或鋁線連接與該塑膠 包覆金屬導線架之正負電性接點做電性連接， 塑膠包覆金屬導線架電性接腳與外部電路連接 以 極體’其主要結 係包括· 1 〇種具高散熱性之表面黏著型發光 ° 構

   第19頁 M271255 五、申請專利範圍 一基座，該基座之中央部係具有一柱狀體，該柱狀體 之頂部係具有一凹槽，該基座中央部柱狀體的底部具 有一有螺紋之未貫穿盲孔，其中該基座與該柱狀體係 為一體成型者； 一個或多個發光二極體晶片，其係置放於該基座之凹 槽内；

   一中空的塑膠包覆金屬導線架，其係具有至少一對之 正負電性接點及延伸兩側的電性接腳，該塑膠包覆金 屬導線架係位於該基座之上方，兩者以耐高溫膠結 合； 其中，該發光二極體晶片利用金線或铭線連接與該塑膠 包覆金屬導線架之正負電性接點做電性連接，透過該 塑膠包覆金屬導線架電性接腳與外部電路連接。

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